專利名稱：全方位自動跟日機的制作方法
技術領域：
本發明屬于一種在利用太陽能技術中承載采能器的全方位自動跟日裝置。
太陽的視運動可分為兩種分運動，其一是由于地球自轉造成的周日視運動，即自東向西繞地軸作勻速園周運動，其二是由于地球繞太陽公轉和地軸與公轉面(黃道面)有一不變的夾角(66°33′)，使一年內太陽在天球子午面內以天赤道為中心的擺動一次。因此對太陽的全方位跟蹤應該同時滿足上述兩種分運動。
在我國發明專利申請88102996.3和實用新型專利申請87209856中同時公開了一種彈簧自動跟日器。該跟日器的時角跟蹤即日跟蹤是用彈簧作為儲能和動力元件，用時鐘作為主控元件進行同步跟蹤，而赤緯跟蹤即年跟蹤是采用手動調整蝸桿在蝸扇上的嚙合位置來實現年跟蹤，此跟日裝置的缺點在于每日時角跟蹤均需人工復位，同時赤緯跟蹤也是人工跟蹤、精度不高。
本發明的目的在于公開一種能滿足太陽視運動規律的模擬系統，同時公開根據該模擬系統設計的能對太陽全方位跟蹤的跟日機。
本發明的技術方案如下太陽的周年視運動規律，可用關系式Sinβ＝Sinθ·Sinα表示(證明從略)，式中β為日地連線(即太陽射向地球的光線)與天赤道面的夾角。θ是黃赤交角為一定值23°27′，α為日地連線與太陽和秋分點連線的夾角(即地日連線與地球和春分點連線的夾角)。
以上規律，可用
圖1所示的太陽視運動規律模擬圖來表示，圖中，Aβ⊥EE′園O和EE′相切于B點，DD′⊥AB，∠ODO′＝φ＝23°27′，AD⊥DO′，弧DCD′為園O′上的半園弧，動點P在弧DCD′上，設PO和PA與AB的夾角分別為α和β，P點在弧DCD′上任一點時β和α都附合關系式，Sinβ＝Sinθ·Sinα(證明從略)。
根據以上關系式和模擬圖，設計者提出用EE′作天軸，AB作天赤徑，AP作黃徑，即太陽射向地球的光線，動點P做成滑塊置于園O的滑動槽口和AP的滑動叉中，并和稱為黃徑調整桿的拉桿O′P鉸鏈，讓整個機構以天軸為軸以24小時為周期做跟地球自轉方向相反的勻速轉動，并在一日中撥動園O轉360°/365的角度，使動點P在弧CD、DC、CD′、D′C上以年為周期運動。這樣，只要開始時將黃徑對準太陽，在以后的運動中，黃徑和太陽的光線就能始終保持平行，將受日器垂直裝于黃徑PA的A端處，就可使受日器始終正對太陽同步跟蹤。
該模擬跟日機與現有技術相比具有以下優點，(1)跟日機原理符合太陽的視運動規律，跟蹤精度很高;(2)獨立機械跟蹤適合于地球上任何緯度的地方。
以下結合附圖給出的最佳實施例對該全方位自動跟日機作進一步詳細說明。
圖1為本發明的全方位自動跟日機的結構原理圖。
圖2為本發明的跟日機的自動控制電路圖。
圖3為拔齒輪與齒拔的示意圖。
圖4為年跟蹤部件裝配圖。
圖5為跟日機及太陽能熱水器示意圖。
參見附圖，天軸26做成中空園管形，懸壁按裝，其軸承架47鉸支于支座10上，使天軸能在水平位置和豎直位置之間任一角度放置，以適應不同緯度的地方使用。天赤徑29為構架式，垂直固定在天軸10上。如圖4所示，有一帶撥叉44的蝸輪28其中心軸固定在天赤經上，黃徑30的一端與天赤徑29的頂端鉸接，另一端為音叉式45，由黃徑調整桿27及滑塊鉸接于蝸輪的撥叉44內，使黃徑30在蝸輪撥叉44及調整桿27的共同作用下，可在23°27′范圍內左右擺動，調整桿27的另一端鉸支在天赤經上固定。在天軸的中心空腔內有一蝸桿22，其上端由軸承固定在天軸26內，其下端通過齒輪及齒輪箱8與固定在天軸26上的撥齒輪6相齒接，該蝸桿22與蝸輪28相連接。該撥齒在齒撥阻礙下相對于天軸轉動，從而帶動齒輪箱8和蝸桿22轉動。
帶動天軸旋轉的動力，本實施例采用重錘和單擺，如圖1所示，在天軸的中下部有一蝸輪19，此蝸輪以天軸26為中心軸，與蝸桿20相齒接，蝸桿20的一端通過齒輪箱31與一帶有重錘1的鼓輪46相齒接，蝸桿20的另一端通過一碟形彈簧和一逆止齒輪17及齒輪箱18與單擺定時機構15相齒接。齒輪箱31及鼓輪46又通過離合裝置受電機40的控制。用重錘1作動力，單擺定時，齒輪箱減速使蝸桿20帶動蝸輪19及天軸26以每小時15°的角速度勻速旋轉，此時固定在天軸26上的天赤經29及黃徑30及固定在黃徑A端的受日器37等，均作勻速旋轉，實現日跟蹤。這里由于逆止齒輪17和蝸桿之間由碟形彈簧傳遞動力，因此外力使天軸快速正轉或反轉(較準復位)時單擺和定時齒輪箱不動。帶動天軸旋轉的動力還可以全部采用電動或彈簧、發條等。
天軸在日跟蹤過程中，固定在天軸下端的撥齒輪6隨天軸一起轉動，在天軸的軸承座上還固定一個單向齒撥24，如圖3所示，當撥齒輪6轉到齒撥24的位置時，(太陽中天前后約兩小時)，該齒撥對撥齒輪施加，一個阻力，此阻力使撥齒輪轉過一個角度1/6周，該撥齒輪的轉動又經固定在天軸下端的齒輪箱8傳遞帶動蝸桿22轉過一個角度，同時使日歷盤7轉過一日，蝸桿22帶動蝸輪28轉動360°/365，在蝸輪撥叉的撥動和黃徑調整桿27的控制下，使黃徑30轉過一角，實現年跟蹤或叫赤緯跟蹤。
該單向齒撥可以由轉向桿人工調整齒撥的阻力方向，調整時間在一年中的夏至和冬至日進行，在冬至-春分-夏至期間內(前半年)天軸由東向西轉時單向齒撥的阻力工作，即撥動撥齒6轉動并通過齒輪箱和蝸桿22蝸輪28使黃徑偏轉實現年跟蹤;到夏至這天太陽達到北回歸線上，這天調整單向齒撥的阻力方向，使齒撥在夏至-秋分-冬至期間的阻力方向與前半年相反，即天軸由東向西轉時齒撥不對撥齒輪施加阻力，而每日天軸反向由西向東復位轉動時該單向齒撥才對撥齒輪施加阻力，通過齒輪箱使蝸桿22帶動蝸輪28反向轉動，黃徑也向回偏轉跟隨太陽到達南回歸線，以此往復。
在年跟蹤中為了平衡單向齒撥24對撥齒輪6的阻力，天軸26上還固定有一個和天軸一起轉動的帶有缺口的摩擦輪48，與摩擦輪摩擦連接的摩擦桿49固定在軸承座47上，當天軸轉動時，該摩擦桿通過摩擦輪對天軸有一個摩擦阻力，當天軸上的撥齒輪6轉到單向齒撥24的位置時，齒撥通過撥齒輪對天軸亦有一個阻力，此時，摩擦輪恰到缺口處與摩擦桿無摩擦，以此平衡摩擦阻力，使天軸受力均衡。
為了使跟蹤起停自動化，本實施例還公開了一套自動控制系統，該系統由安裝在跟日機上的觸頭和自控電路、電機等組成。
自控電路參見圖2，圖中虛線方框內的觸頭O1、O2，a、b、c的安裝位置參見圖1，a、b為條形靜觸頭分別水平上固定在天軸軸承座47的兩邊，當天軸傾斜安裝時，該條形靜觸頭則水平彎曲一個弧度，環繞著天軸，使觸頭各處距天軸表面等距離，以便隨天軸一起轉動的動觸頭O1能與之接觸。動觸頭O1是由拉桿固定，位于拉桿的下端，拉桿21另一端與撥叉23通過滑塊鉸接，該撥叉的一端固定鉸接在天軸上，另一端與黃徑調整桿27的尾端也通過滑塊鉸接，使在年跟蹤過程中，黃徑調整桿在運動時，其尾端撥動撥叉帶動拉桿使觸頭，O1能在天軸上下移動一個位置，該位置使O1隨天軸轉到和條形靜觸頭a或b接觸時，黃徑處水平狀態，并指向日落或日出地平線的方向，以適應不同季節日跟蹤的起停時間變化。C是固定在天軸上的一個固定觸頭，它和固定在大齒輪12上的動觸頭O2相接觸時，跟日機就會起動運行。該大齒輪環接于天軸并通過小齒輪9獨立由鐘表帶動，以每小時24小時為一周期勻速準確運行。
電機通過皮帶36和皮帶輪35傳動，由蝸輪39、蝸桿34減速再通過離合爪和花鍵軸32與齒輪箱31相齒接，該齒輪箱同時連接著鼓輪46，鼓輪46上繞有繩索并牽掛著重錘1。
自動控制過程參見圖2，起動前和停機時，離合瓜和蝸輪39咬合AC和13接觸。合上閘刀HK，此時若C恰與準確運轉中的O2接觸，電路1-3-12-13-C-O2一地接通，時間繼電器SJ2通電，觸頭JS2吸合，通過15-16使電路1-3-12-15-16-17-2接通，交流接觸器JCF通電，主觸頭JCF吸合，電動機反轉，同時輔助觸頭JCF吸合，15-16自鎖，7-8接通，電磁鐵MO2動作使AC離開13，使離合爪33與蝸輪39分離，重錘下落，經鼓輪46，動力齒輪箱蝸桿20，蝸輪19并由單擺定時，帶動天軸以15°/小時的角速度跟地球自轉方向相反的方向勻速旋轉，實現起動和進行日跟蹤。日跟蹤準確時，C和O2相接觸并同步運行。當C和O2不接觸時，合上HK電動機不動，跟日機不起動，這時若C落后于O2，(觀察太陽和黃徑或受日器面可知)，按下QAF，電路路1-3-12-15-16-17-2接通，JCF通電，電動機反轉帶動天軸正轉，這時7-8雖接通，但8-17不通，MO2不動作，離合瓜和蝸輪不分離，電機持續轉動、天軸快速轉動，使C趕上并和O2接觸，這時離合瓜斷開，重錘下落進入正常日跟蹤，這時放開QAF。若C超前于Q2按下開關QAZ，電路1-3-4-9-10-11-17-2接通，JCZ通電，主觸頭JC2吸合，電動機正轉，輔助觸頭吸合9-10自鎖，7-8接通，b-6接通，MQ1動作使離合瓜和蝸輪咬合，電機帶動天軸反轉，轉到使C和O2接觸時為止。
當日跟蹤到日落地平線時，O1與a接觸，電路1-3-5-a-O一地接通，SJ11通電，觸頭SJ11吸合，電路1-3-4-9-10-11-17-2接通，接觸器JC2通電，電動機正轉，帶動天軸反轉倒回，(由于固定在軸承座上的齒撥為單向齒撥，因此，在前半年天軸反轉時，單向齒撥不起作用;同理在后半年，天軸正轉時單向齒撥不起作用。)倒回到O1和b接觸時，電路1-3-6-b-O1一地接通，SJ2通電，觸頭SJ12斷開，JC2斷電，電動機停轉，SJ12斷電，這時由于離合瓜和蝸輪咬合，隨天軸反轉升起的重錘被制動。即夜間跟日機自動停機，此時黃徑指向次日日出地平線的位置，天軸反轉時，Q2和C分離繼續運轉，次日日出地平線時，Q2轉到與C接觸，SJZ通電，并通過JCF、MO2等動作使跟日機起動。
圖中標號說明1、重錘 2、條形靜觸頭a、b 3、觸頭座 4、觸頭O15、搖把 6、撥齒輪 7、日歷盤 8、齒輪箱 9、小齒輪 10、支座 11、擺錘 12、大齒輪13、擺叉 14、擺輪 15、單擺定時機構 16、節擺件 17、逆止輪 18、齒輪箱 19、蝸輪 20、蝸桿 21、拉桿 22、蝸桿 23、撥叉 24、單向齒撥 26、天軸 27、黃徑調整桿 28、蝸輪 29、天赤徑 30、黃徑 31、齒輪箱 32、花鍵軸 33、離合爪 34、蝸桿 35、皮帶輪 36、皮帶 37、受日器 38、園錐軸承 39、蝸輪 40、電動機 41、鉸銷軸 42、離合器撥叉AC 43、電磁鐵 44、蝸輪28的撥叉 45、黃徑音叉 46、鼓輪 47、天軸軸承架 48、摩擦輪 49、摩擦桿
權利要求
1.一種模擬太陽視運動規律的方法，含有一個模擬圖和關系式，AB⊥EE′園O的中心O點位于AB上，并與EE′相切于B點，DD′過O點與AB垂直，設AB上有另一點O′滿足∠ODO′=θ=23°27′，AD⊥DO′，DCD′為園O′上的半園弧，動點P在DCD′上，設∠PAO=β，∠POA=α，P點在DCD′上任一點時β和α都符合太陽周年視運動的規律，Sinβ=Sinθ·Sinα，式中β為日地連線(即太陽射向地球的光線)與天赤道面的夾角，θ為黃赤交角是一定值23°27′，α是日地連線與太陽和秋分點連線的夾角，其特征在于用EE′模擬天軸AB作天赤徑，AP作黃徑，動點P做成滑塊置于園O的滑動槽和AP的滑動叉中，并與稱為黃徑調整桿的O′P鉸鏈，讓整個機構以天軸為軸以24小時為周期做跟地球自轉方向相反的勻速轉動，并在一日中撥動園O轉360°/365的角度，這樣，只要開始時，將黃徑對準太陽，在以后的運轉中，黃徑和太陽的光線就能始終保持平行，將受日器垂直裝于黃徑PA的A端處，就能使受日器始終正對太陽同步跟蹤。
2.根據權利要求1提出的模擬機構設計的全方位跟日機，其特征在于，天軸為中空園管形，其頂端的軸承架鉸支與支座上，使天軸能在水平位置和豎直位置之間任一角度放置，天赤徑為一構架式，垂直固定于天軸上，其A端可與黃徑鉸接，黃徑的另一端為音叉式，在叉中放置有一滑塊，有一帶撥叉的蝸輪，其中心軸固定在天赤經的O點上，黃徑調整桿的一端將滑塊鉸接在蝸輪的撥叉內，另一端鉸支于天赤徑上的O′點上，在天軸的中心空腔內有一蝸桿，其上端由軸承固定在天軸內，其下端通過齒輪及齒輪箱與固定在天軸上的撥齒輪相齒接，該蝸桿與帶撥叉的蝸輪28相齒接，在天軸的軸承座上，固定有一單向齒撥，當撥齒輪隨天軸轉到該齒撥位置時，齒撥可以撥動撥齒輪轉動一個方向，天軸由動力機構帶動，可以每小時以15°的角速度勻速轉動。
3.如權利要求2所述的全方位跟日機，其特征在于帶動天軸的動力采用重錘為動力，單擺定時、蝸桿、蝸輪傳動。
4.如權利要求2所述的全方位跟日機，其特征在于，在天軸的軸承座上水平固定有兩個條形靜觸頭a、b，該靜觸頭與天軸表面等距離，在天軸上還有兩個隨天軸一起旋轉的動觸頭O1和C，O1在隨天軸轉動時，可以觸碰到條形靜觸頭a或b，動觸頭C可以和固定在大齒輪上的動觸頭O2相觸碰，該大齒輪環接于天軸上并獨立時鐘帶動，以每24小時為一周期勻速運動。觸頭a、b、c、O1、O2均與一自動控制電路相電連接。
5.如權利要求3所述的全方位跟日機其特征在于，自動控制電路上的電機通過一花鍵軸與連接鼓輪的齒輪箱相齒接，該花鍵軸上有離合裝置。
6.如權利要求3所述的全方位跟日機，其特征在于，動觸頭O1通過一拉桿固定在拔叉23上，該拔叉的一端鉸接在天軸上，另一端叉鉸接在黃經調整桿的尾端。
7.如權利要求所述的全方位跟日機，其特征在于在天軸上還接有一個帶缺口的摩擦輪，其摩擦桿固定在天軸的輪承座上，當摩擦輪的缺口與摩擦桿無摩擦時，天軸上的拔齒輪正好與固定在軸承座上的齒拔相遇。
8.如權利要求2、3所述的全方位跟日機，其特征在于，固定在天軸上的齒輪箱，還帶有一個日歷盤。
全文摘要
一種模擬太陽視運動規律的方法和全方位跟日機，太陽的視運動規律滿足關系式Sinβ＝Sinθ·Sinα。跟日機中有一個模擬天軸的中空圓管。其上垂直固定有天赤經和可在天赤經左右以年為周期在±23°27′范圍內擺動的黃經，黃經與天赤經的夾角為β，用重錘作動力，單擺定時，使天軸以24小時為周期帶動整個天赤經、黃經及固定在黃經上的采日器作日跟蹤，在日跟蹤過程中，天軸上有撥齒輪通過蝸輪桿傳動每日撥動黃經擺一定角度，實現年跟蹤或叫赤緯跟，該跟日機還有一套自動控制系統，可以日出起動，日落倒回。
文檔編號F24J2/38GK1067726SQ9110954
公開日1993年1月6日 申請日期1991年10月7日 優先權日1991年10月7日
發明者周君勝 申請人:周君勝